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1、混合动力电动汽车（HEV）一、概述第一节概 述混合动力电动汽车（HEV）,是介于内燃机汽车和电动汽车之间的一种车型，它是一种 内燃机汽车向EV过渡”型的车辆，同时，也是一种“独立”型车辆HEV将存在一个较长的 历史时期，并且在21世纪的运载车辆中占有重要的地位。在HEV上采用了发动机驱动系统，同时还采用了电动机驱动系统。发动机与电动机 共同组成混合动力系统来驱动车辆行驶，使车辆的燃料消耗量和废气中所排放的有害气体大量 地降低，目前，要求混合动力轿车（相当于普通轿车和中级轿车）的燃料消耗量在3L / 100km 左右，废气中所排放的有害气体达到“超低污染”的排放要求，是21世纪初期HEV的努力目
2、标。在HEV上保持了发动机（主要为内燃机）和发动机的电子控制系统，但对所采用的发动机 的功率一般要比同级别的内燃机汽车小，但对燃料消耗量和废气排放的污染提出了更高的 要求。除了采取了各种现代最新技术使发动机经常处于效率最高状态下运转外，充分发挥电 动机的低速大转矩的特点，使发动机避开在起动、加速和爬坡时燃料消耗量增大和废气排放 增多的不利工况，是HEV的主要特点。HEV的应用还能够继续发挥现成的燃油（汽油和柴油） 的供应系统工程的作用，大量节约了对燃料供应系统工程的投资。二、HEV的主要技术总成1. 发动机HEV可以广泛地采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机 和柴油
3、机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。一般转子发动机和燃气轮机的燃烧 效率比较高，排放也比较洁净，采用不同的发动机就可以组成不同的HEV。2. 电动机HEV可以采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。随着 HEV的发展，直流电动机已纫B4踩用，多数采用了感应电动机和永磁电动机，开关磁阻电动机应 用也得到重视，还可以采用特种电动机作为HEV的驱动电动机，采用不同的电动机就可以组成不同 的 HEW。3. 电池HEV可以采用各种不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等作为“电池”，一 般电池是作为HEV的辅助能源，只有在HEV用电动机起动发动机或电动机辅助驱动时才使用
4、。三、HEV发动机和电动机的组合HEV可分为以下几种：1 .串联式混合动力汽车 SeriesHybridElectricVehicle（SHEV）-SHEV是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动 电动机采用“串联”的方式组成SHEV的驱动系统。SHEV用发动机一发电机组均衡地发电， 电能供应驱动电动机或动力电池组，使SHEV的行驶里程得到延长。实际上SHEV的发动机一发 电机组只能看作一种电能供应系统，发动机并不直接参与SHEV的驱动。SHEV的发动机，可采用四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发动机和燃气轮机。发 动机-发电机组，发动机的转速控制在一定范围内，不受S
5、HEV运行工况的影响，经常保持在低 燃耗、高效率和低污染的状态下运转。SHEV驱动系统的结构比较简单，动力电池组、发动机一发电机组和驱动电动机在底 盘上的布置有较大的自由度，控制系统也比较简单，因为只有唯一的电动机驱动模式，其特点是 动力特性更加趋近于EV。SHEV必须装置一个大功率的发动机一发电机组，再用驱动电动机来 驱动车辆。发动机、发电机和驱动电动机的功率都要求等于或接近于SHEV的最大驱动功率， 在热能一电能一机械能之间的转换过程中，总效率低于内燃机汽车。三大动力总成的体积较大， 质量也较重，还有庞大的动力电池组，使得在中小型汽车上布置有一定的困难，一般适合大 型客车采用。2. 并联式
6、混合动力电动汽车 ParallelHybridElectricVehicle（PI-lEV）PHEV是由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成，发动机、电动/ 发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成PHEV的驱动系统。从PHEV的动力系统组成，可 大致分为发动机一驱动系统（变速器和驱动桥）一驱动轮等，电动机的动力要与车辆驱动系统相 组合，可以：在发动机输出轴处进行组合；在变速器（包括驱动桥）处进行组合；在驱动轮 处进行组合。因此，PHEV的驱动力组合有以下不同的组合模式：1）发动机轴动力组合式PHEV发动机轴动力组合式PHEV只有发动机和电动/发电机两大动力设备，发动机和电动 /发
7、电机的动力在发动机输出轴上进行组合，然后通过由离合器、变速器、驱动桥和半轴组成 的传统的驱动系统带动车轮行驶，称为发动机轴动力组合式PHEV。2）动力组合器动力组合式PHEV动力组合器动力组合式PHEV只有发动机和驱动电动机两大动力设备，发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，然后通过差速器和半轴带动车轮行驶。由于发动机 和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，称为动力组合器动力组合式PI-IEVo3）驱动轮动力组合式PHEV驱动轮动力组合式PHEV的发动机通过离合器、变速器和驱动桥独立驱动PI-IEV的后 驱动轮（前轮），驱动电动机通过减速器独立地驱动PHEV前驱动轮（后轮）。在混
8、合动力驱动模 式时发动机与驱动电动机共同组成4轮驱动模式驱动PHEV的前驱动轮和后驱动轮。由于 在发动机与驱动电动机混合驱动时，发动机和驱动电动机的动力（牵引力）在驱动轮上组合， 因此称为驱动轮动力组合式PHEVo虽然PI-lEV有不同的结构模型，但都是以发动机为主要驱动模式。发动机控制在低油 耗、高效率和低污染的转速范围内稳定地运转。发动机直接带动PHEV的驱动系统驱动PHEV 行驶，采用传动效率高的机械传动系统，没有SHEV在热能一电能一机械能的转换过程中的 能量损耗。PI-lEV的发动机和驱动电动机两大动力总成都是驱动动力装置，在PHEV上可以实现 发动机和发电机各自的功率，可以是PHE
9、V的最大驱动功率的0. 51倍，两大动力总成的功 率可以叠加，因此可以采用较小功率的发动机和驱动电动机，使得整个动力总成的尺寸较小，质量较轻，造价也较低，可以应用在中小型PHEV上。由于是以发动机驱动模式为主要驱动模 式，其特点是动力特性更加趋近于内燃机汽车。3. 混联式（串、并联式）混合动力电动汽车SpmHybridElectricVehicle（PSHEV）混动式混合动力电动汽车（PSHEV）是综合SHEV和PHEV结构特点组成的PSHEV，由 发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。由于电动/发电机必然是装在发动机 的输出轴上，才能起发动机飞轮和起动机的作用，也才能保持发动机稳
10、定运转并进行发电。因 此电动机的动力要与车辆驱动系统相组合，只有：在变速器（包括驱动桥）处进行组合；在 驱动轮处进行组合。因此，PSHEV的驱动力组合有以下不同的组合模式：1）动力组合器动力组合式PSHEV动力组合器动力组合式PSHEV有发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成， 在发动机的输出轴上，装有一个电动/发电机，电动/发电机一般只用于快速起动发动机和发 电。发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，然后通过差速器和半轴带动车轮行驶。 由于发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，称为动力组合器组合式 PSHEV。2）驱动轮动力组合式PSHEVo驱动轮动力组合式PSHE
11、V有发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成，在 发动机的输出轴上，装有一个电动/发电机，电动/发电机一般只用于快速起动发动机和发电。 发动机通过离合器、变速器和驱动桥独立驱动PSHEV的后驱动轮（前轮），驱动电动机通过减速器 独立地驱动PSHEV前驱动轮（后轮）。在混合动力驱动模式时发动机与驱动电动机共同组成4 轮驱动模式驱动PHEV的前驱动轮和后驱动轮。由于在发动机与驱动电动机混合驱动时， 发动机和驱动电动机的动力（牵引力）在驱动轮上组合，因此称为驱动轮动力组合式PSHEVoPSHEV兼有SHEV和PHEV的优点，可以组合成更多种形式的混合驱动的驱动模式， 发动机、电动/发电机和驱动电
12、动机的功率可以是PSHEV总功率的1/3-1倍，车辆的整备质 量可以降低，而且性能更加完善，经济性更好，在动力性能方面接近和达到内燃机汽车的水平， 有害气体的排放更少，达到“超低污染”的标准要求。四、HEV的基本结构模型和驱动模式HEV的基本结构模型和驱动模式见表51oHEV的基本结构模型和驱动模式III11 结构模型1结构模型简图1 驱动模式111ISHEV|F-11I （1）以动力电池组的电能为主要动力I1 有发动机、发电II源II机、II（2）以发动机-发电机组发电为辅助II驱动电动机3大 |I动力源III（3）驱动电动机驱动是唯一的驱动模II动力总成III 11II I式I11结构模型
13、结构模型简图驱动模式发动机轴动力组合式PHEV有发动机、电动/发电机2大动力总成(1)以发动机驱动为基本驱动模式(2) 电动/发电机为辅助动力(3) 电动/发电机只在发动机起动，车 辆加速、爬坡时起辅助作用，与发动机 组成混合驱动模式(4) 在混合驱动时，发动机与电动/发电机动力在发动机上组合动力组合器动力组合式P, HEV动力系统组成：发动机、驱动电动机2大动力总成工s牛茁(1)以发动机驱动为基本驱动模式(2)驱动电动机为辅助驱动模式，可 以独立驱动丹IIIV(3)在混合驱动时，发动机与驱动电 动机的动力通过“动力组合器”组合主一土驱动轮动力组合式P，HEV动力系统组成：发动机、驱动电动机3
14、大动力总成夏可(1)以发动机驱动为基本驱动模式， 独立驱动后驱动轮(2) 驱动电动机为辅助驱动模式，能 独立驱动前驱动轮(3) 在混合驱动时，发动机驱动的后 轮动力与驱动电动机驱动的前轮的动力进行组合，成为混合4轮驱动模式动力组合器组合式PSI。动力系统组成：发动机、电动/发电机、驱动电动机3大动力总成F- F -、(1)以发动机驱动为基本驱动模式，带动电动/发电机，通过动力组合器驱动车辆行驶(2) 驱动电动机能够以电动机驱动模式，通过动力组合器驱动车辆行驶(3) 在加速、爬坡时，驱动电动机与发动机组成混合驱动模式，发动机与驱动电动机的动力通过动力组合器组合驱动轮动力组合式PSI动力系统组成：
15、发动机、电动/发电机、驱动电动机3大动力总成争q寸(1)以发动机驱动为基本驱动模式， 带动电动/发电机，并独立驱动后驱动 轮(2) 驱动电动机为辅助驱动模式，能 独立驱动前驱动轮(3) 在混合驱动时，发动机驱动的后 轮动力与驱动电动机驱动的前轮的动力进行组合，成为混合4轮驱动模式表中图注：1发动机；2发电机；3电动/发电机；4-驱动电动机；5-蓄电池组；6-电 流转换器；7-变速器或减速器；8-动力组合器；9-驱动桥单线一机械传动系统；双线一直流电；三线一三相交流电五、I-lEV的控制系统在HEV上普遍地采用以计算机为核心的现代计算机技术和自动控制技术，各种智能 控制系统，包括自适应控制技术(MRAC)，模糊控制技术(Fuzzy)，专家控制系统(Expentsystem)， 神经网络控制系统(Neuralnetworks也逐渐应用到EV、
